中太平洋海山富Co结壳稀土元素及其对成矿环境的指示意义

稀土元素是富结壳中典型的富集元素(Ap-lin和Cronan,1985;Byrse和Kim,1990;Elderfield和Greaves,1982;Suave等,1989),由于其具有地球化学性质相似而成群存在及其在环境改变情况下发生分馏的双重属性,成为研究富钴结壳成矿和古海洋环境演化的有效参数.本文在中太平洋海山CAD-25-1富Co结壳生长年龄和生长世代确定的基础上,通过其壳层稀土元素含量的变化规律研究,揭示中太平洋海山结壳的生长发育与海洋环境演化的关系.     

古生代旋回地层学与天文地质年代表

古生代是显生宙距今最为久远且持续时间最长的"代",发生了多次重大构造、气候和生命演化事件。高精度年代地层格架对于深入理解古生代地球演化历史极为关键。通过识别地层中由地球轨道力引起的米兰科维奇沉积旋回并开展调谐研究,可建立连续的、分辨率达0.02~0.4Ma天文年代标尺,并用于校正国际地质年代表。目前,国际地质年代表的中、新生代部分已基本完成天文年代的校正,但古生代部分尚未开展相关工作。近年来,人们在古生代地层中获得了可靠的、受高精度放射性绝对年龄约束的米兰科维奇旋回证据,并尝试建立天文年代标尺,表明建立古生代天文地质年代表具有良好的远景,是未来旋回地层学研究的前沿。本文简要介绍了旋回地层学的基本理论,系统总结了古生代旋回地层学研究成果及重要进展,并对未来研究提出展望。     

中太平洋铁锰结壳灰度序列中米兰柯维奇周期的识别及结壳生长速率的演化

利用数字图像处理方法提取中太平洋海山铁锰结壳（CB14）生长剖面的灰度序列,运用功率谱分析方法揭示出结壳由表及里5个亚层中分别存在多级序的显著周期,它们均能够分别与地球轨道周期（偏心率周期、黄赤交角周期和岁差周期）的级序很好匹配,根据匹配结果获得CB14第1至第5亚层的生长速率分别为2.15、2.70、2.43、2.75、2.67 mm/Ma,各亚层的界面年龄分别为1.3、2.5、5.9、6.7、7.5 Ma。表明晚中新世以来,结壳的生长速率呈现波动变化,最近1.3 Ma以来,结壳的生长速率明显减慢。认为通过识别结壳灰度序列中存在的米兰柯维奇周期可以有效获得结壳各生长阶段的高分辨率生长速率,可以为研究中新世以来古海洋环境的演化提供重要信息。     

旋回地层学和天文年代学及其在中生代的研究现状

地质年代的精确确定是我们认识地球演化历史和过程的关键,而如何提高地质年代的精度却一直是个尚待解决的科学难题。最近30年多年来,基于古气候学研究的天文旋回理论获得了普遍认可和广泛应用,尤其是成功应用于天文地质年代校准中。这种数字定年方法是通过天文调谐获得连续的高分辨率的地质年代,是对传统地质定年方法如古生物、古地磁以及放射性同位素测年方法的一次革新。最新的国际地质年表The Geologic Time Scale 2012(简称GTS2012)中经过天文校准的地质年代已近100％覆盖了新生代,而中生代的天文年代校准还存在着很大挑战。目前应用稳定的405 ka的偏心率长周期对中生代地层进行天文地质年代校准,是国际地质年表从GTS2004到GTS2012的一个最大改进。文中将主要介绍天文旋回的基础理论和其在中生代的应用及其研究现状。     

麦哲伦海山群MK海山富钴结壳钙质超微化石生物地层学研究

富钴结壳是发育在深海海山之上的一种重要沉积矿产资源,建立准确可靠的年代学格架,无论对富钴结壳成矿作用研究还是对古海洋环境研究,都具有重要意义。但迄今为止,由于定年技术的限制,可靠的富钴结壳年代学框架资料并不多。文中以钙质超微化石生物地层学方法为主要手段,并结合Co经验公式法、样品的结构特征和磷酸盐化作用时代等资料,对麦哲伦海山群MK海山MKD13-3号富钴结壳样品的年代学框架进行了综合限定。研究结果如下。(1)该样品剖面从下到上可以分4层,分别为:磷块岩基岩,其中包括R层(残留层)结壳,时代为112.0~70.6Ma B.P.;I层,进一步划分为I-1和I-2层,其时代分别为55.0~48.0Ma B.P.和44.0~23.0Ma B.P.;Ⅱ层,时代为23.0~14.0Ma B.P.;Ⅲ层,时代为5.0~0Ma B.P.。(2)该富钴结壳样品在生长过程中发育了3个生长间断,分别为:基岩与I-1层之间的生长间断,时代为70.6~55.0Ma B.P.;I-1层与I-2层之间的生长间断,时代为48.0~44.0Ma B.P.;Ⅱ层与Ⅲ层之间的生长间断,时代为14.0~5.0Ma B.P.。     

太平洋海山富钴结壳钙质超微化石生物地层学及生长过程

正确判断富钴结壳生长年代及过程有助于研究结壳形成地质历史和重建古海洋环境.利用生物地层学方法(生物遗留印痕)对太平洋不同海山结壳样品进行生长时代和阶段研究,发现麦哲伦海山CM3D06结壳和中太平洋海山CB14结壳最初形成年代和富集特征差异显著: 前者为白垩纪(或更古老)、晚古新世-早始新世、中-晚始新世、中-晚中新世、上新世-更新世等5个阶段;后者为晚古新世-早始新世、中-晚始新世、中中新世、上新世-更新世等4个阶段.两座海山结壳层内部超微化石组合具有极强的区域性特征,反映了大洋环境对生物的影响以及生物对环境的适应.结壳层间的不整合和结构构造的变化指示在渐新世其生长存在间断期,与成矿作用的间断有关.      

前寒武纪旋回地层学研究进展与展望

旋回地层学是利用已知的地球轨道天文周期, 对地层记录的周期性变化进行识别、解释的地层学新兴分支学科。在过去近30年, 旋回地层学研究取得了一系列重要进展, 对于认识地质历史时期的气候变化、重大地质事件的天文驱动、天文运行规律等诸多科学问题做出了重要贡献;同时, 基于此研究建立的天文年代标尺, 也成为一种新的高精度地质定年方法, 被应用于国际地质年代表的编制以及地表地质过程年代及持续时间的精确标定。然而, 全球旋回地层学研究主要集中在显生宙, 并以中、新生代最为详细。对于更早的占地球历史约7/8 的前寒武纪时期, 相关研究较少, 但一些新研究显示了可靠的天文沉积旋回可能存在的证据。因此, 前寒武纪有可能成为旋回地层学研究新的突破方向。中国华北克拉通北缘元古代地层沉积旋回非常发育, 具有开展旋回地层学研究的潜力。     

长江三角洲上新世以来磁性地层及天文调谐年代标尺

长江三角洲地区的磁性地层认识存在很大不确定性.为建立一个可靠的年代标尺,为区内沉积环境和气候演化研究提供约束,在年代地层和磁性地层基础上,以频率磁化率为信号源、ETP为靶曲线,通过轨道调谐方法对区内LZK1孔开展了天文年代标尺研究,建立了年代序列框架.结果显示,M/B界线埋深约为143.0 m、Ga/M界线埋深约为219.0 m、Gi/Ga界线埋深约为296.6 m.受气候和沉积环境控制,沉积旋回特征清楚,沉积速率具有明显的阶段性.调谐后的频率磁化率显示了显著的125 ka、96 ka、41 ka、23 ka、22 ka、18 ka等轨道周期,并在轨道周期上与ETP曲线高度相关,相关性超过了95%检验标准.100 ka、41 ka和23 ka周期的带通滤波曲线与偏心率、斜率和岁差在振幅和相位上吻合较好,但局部时间段有差异,可能与低沉积速率、沉积速率突变或短时间尺度的地层缺失等因素有关.研究表明,在具有短暂沉积缺失的持续沉降区域,只要保证样品分辨率,可以通过轨道调谐方法建立可靠的年代框架.      

南海ODP1148站中中新世(12～18.3 Ma) 天文调谐的年代标尺

ODP1148站深海沉积岩心的磁化率记录显示出较强的周期性变化规律．研究发现,中新世和渐新世的深海地层物性参数具有很强的斜率周期．Shackletoneta1．利用这一规律,以北半球高纬太阳辐射曲线作为天文调谐的目标,以ODP154航次的深海沉积岩心的磁化率记录作为调谐对象,将磁化率的极大值与北半球天文辐射的极小值相对应,建立了14～34Ma的天文调谐的年代标尺．采用相同的方法,利用南海北部ODP1148站深海沉积岩心的磁化率记录和北半球高纬太阳辐射曲线建立了南海中中新世天文调谐的年代标尺．调谐后的磁化率记录显示了很强的斜率周期和较强的岁差周期,并与太阳辐射在这2个记录上高度相关,此外偏心率周期在磁化率记录中也较显著．调谐后1148站的浮游有孔虫事件年龄与ODP154航次采用相同的天文调谐方法获取的事件年龄异常接近,而与传统方法获取的生物地层事件年龄有较大差距,这在一定程度上证明了利用天文调谐的方法建立中新世深海地层年代标尺的可行性．     

西太平洋某区水下海山上的富钴结壳

通过对西太平洋某区水下海山上富钴结壳的类型、物质组分、主要成矿元素地球化学特征及其在空间分布规律的首次初步研究,阐述古地质、古地球化学、古海洋环境对富钴结壳形成富集的影响,对进一步开展工作和找矿勘探有重要指导意义。     

古气候记录的时间标尺及相位关系计算——以塔吉克斯坦Chashmanigar黄土剖面为例

轨道调谐法是确定第四纪地层时间标尺的主要手段,但人工进行轨道调谐确定时间标尺具有可操作性差、客观性差、工作量大及很难得到最佳结果等缺陷,本文描述了利用计算机自动进行轨道调谐以厘定古气候记录时间标尺的方法步骤.对于不同的气候替代性指标时间序列之间在主要周期频率上的相位关系,作者提出了利用演化凝聚函数法进行计算的新方法.作为实例,利用上述方法对塔吉克斯坦Chashmanigar黄土记录进行了时间标尺和相位关系演化的计算.     

天文古气候理论及其进展—从米兰柯维奇到贝尔杰

扼要介绍了天文古气候学的创立和发展简史。太阳是地球大气运动的第一驱动力，地球气候的长期演变在很大程度上受到入射太阳辐射变化的影响。入射太阳辐的变化主要和三个地球轨道参数有关，即地球绕太阳运行的椭圆轨道偏心率，地球自转轴倾角及岁差。太阳辐射的长期振荡主要集中在与这三个参数有关的频率上，这些频率通常被称为米兰柯维奇频率，数值模拟和地学记录都证实地质时间尺度的古气候的演化大多位于米兰柯维奇频率带上。     

太平洋莱恩海山富钴结壳剖面的锶同位素地球化学

对中太平洋莱恩海山富钴结壳MP5D17的各壳层样品进行了系统的锶同位素组成测定.结果表明,结壳具有很低的Rb/Sr值,结壳中87Sr/86Sr值变化较大,范围在0.7084～0.7092.从底部到顶部,结壳不同壳层的锶同位素组成在剖面上具有明显的变化规律,并与其结构构造的变化相对应,但其演化曲线与海水的锶同位素演化曲线变化趋势差异较大,以斑杂状构造为主的疏松层的87Sr/86Sr值明显偏高.由于铁锰结壳中元素锶的扩散速率较高,以斑杂状构造为主的高孔隙率的疏松层难以保存其生长时海水的锶同位素组成,因此锶同位素地层学不适合作为结壳的定年工具.     

太平洋海山成矿系统与成矿作用过程

文中初步探讨了太平洋海山富钴结壳成矿系统的结构与成矿作用过程。海山成矿系统的控矿要素主要包括地质要素和海洋要素,地质要素主要包括海山的形成、迁移、沉降和水道的开合等,海洋要素主要包括大洋温盐环流、最低含氧带(OMZ)、文石溶跃面、碳酸盐补偿深度和海山周围海水的动力情况等。重点分析了海山漂移和沉降、水道开合、最低含氧带变化、大洋环流以及气候变化等要素对富钴结壳成矿的控制作用。海山为富钴结壳成矿提供了一个容矿空间,稳定的基岩,即长期稳定的容矿空间,是富钴结壳成矿的基本条件;海山的形成年龄、海山的迁移和水道的开合决定并改变了富钴结壳的成矿背景条件,促使海山成矿系统发生演化。最低含氧带作为富钴结壳成矿的地球化学障,是直接的矿源层;而海山周边的地形旋涡沟通了最低含氧带与富氧、富铁的深层和底层水,使得最低含氧带中的成矿金属离子得到氧化,进而发生胶体凝聚沉淀,形成富钴结壳。以西太平洋海山成矿系统为例,将该区白垩纪以来富钴结壳成矿作用过程划分为5个阶段:(1)白垩纪—始新世,(2)始新世末—晚渐新世,(3)晚渐新世—中中新世早期,(4)中中新世早期—晚中新世早期,(5)晚中新世早期—现代,其中(2)、(3)阶段有利于发育富钴结壳。     

轨道尺度亚洲气候演化机理的数值模拟:历史与展望

轨道尺度亚洲气候演化是古气候热点问题之一,其变化过程和机理对理解当前全球变暖下亚洲气候变化具有重要参考意义。最近几十年,基于黄土、石笋、湖泊等载体的轨道尺度亚洲气候重建研究获得显著进展,气候演化历史的基本框架已被构建,不同区域和指标记录之间的差异暗示了气候演化机理的复杂性。数值模拟作为研究气候动力学的重要工具之一,在轨道尺度亚洲气候变化中也得到广泛应用和快速发展。基于此,本文尝试对最近十数年轨道尺度亚洲气候演化机理的数值模拟研究做一简单总结和梳理。目前的数值模拟尚未对地质记录给出的各种变化特征、区域差异等现象,尤其是东亚夏季风的黄土和石笋差异、季风和干旱气候的耦合关系等,给出合理解释。因此,在未来工作中亟须涵盖多轨道旋回的高分辨率瞬变试验,结合良好定年的重建记录,以期对轨道尺度亚洲气候变化机理获得更深入完整的认识。     

东菲律宾海新型富铁锰结壳的古海洋环境记录

尝试恢复东菲律宾海新型深水水成富铁锰结壳典型样品生长过程中所记录的古海洋环境.通过对其微间距取样样品的地球化学和铀系年代学综合研究, 得到了该结壳的3个主要生长阶段及其对应的古海洋环境.第一阶段为晚中新世晚期-早上新世的结壳快速生长期, 壳层结构疏松并含有较多的火山碎屑物质, 对应着中中新世初期-上新世早期的南极底流活跃和降温; 第二阶段为早、中上新世的结壳生长间断期, 形成深海粘土沉积, 表明此时南极底流的减弱和升温; 第三阶段为中上新世以来的结壳缓慢生长期, 指示着南极底流的再次活跃和强降温, 其强度和范围均超过第一阶段, 更利于致密和高纯壳层的发育.研究区的这段古海洋学历史在以往研究中一直不甚明了.      

华北平原冀中坳陷东部SFQ1钻孔磁性地层年代学及其地质意义

可靠的地层年代标尺对于研究华北平原晚上新世以来沉积物记录的沉积环境演化、新构造运动及古气候演化具有重要意义.本文通过测定冀中坳陷东部的SFQ1钻孔岩芯古地磁,建立高分辨率磁性地层年代框架,并探讨其地质意义.结果表明:SFQ1孔中更新统底界埋深为71.0 m(布容期B/松山期M界线),下更新统底界埋深为197.8 m(松...     

中太平洋富钴结壳的Os同位素组成及其物质来源意义

深海化学沉积物富钴结壳富含多种有用元素,是重要的海底矿产资源,其沉积速率缓慢(1～10 mm/Ma),几个毫米的厚度就经历了百万年的海洋历史,储存了丰富的古海洋信息,如富钴结壳生长的物质来源、古海洋物理化学条件、古气候变迁、重大的古海洋事件等.因此,富钴结壳是一种重要的古海洋记录(Hein,2000).由于海洋环境中Os同位素能够提供一些其它同位素如Pb、Nd、sr所无法给出的重要信息,在示踪物源、古海洋环境及古大陆风化等方面,具有明显的优势.因此,作者通过测定中太平洋一富钴结壳样品各壳层的锇同位素组成,来了解富钴结壳不同生长时期的Os同位素组成特征,揭示其所蕴含的物质来源信息和古大陆风化情况.     

科学大洋钻探与全球气候变化研究

文章简要地回顾了科学大洋钻探的发展历程。深海钻探计划革命性地改变了地球科学家们对地球动力作用的认识。ＤＳＤＰ的后继者，即大洋钻探计划正在全球各大洋收集有关这些作用在几万至几十万年时间尺度上变化的高分辨率记录，并已在与全球气候有关的下述领域取得了重要进展：地质历史时期气候变化的幅度，速度及原因，按轨道调谐的新生代地质年代表，高纬度地区冰盖形成及演化历史，造山运动与长期气候变化之间的相互关系，气体水合     

大洋富钴结壳研究进展及展望

富钴结壳是一种重要的海底矿产资源,具有独特的经济价值和科学意义,其不仅富含Mn、Co、Ni、Cu、PGE和REY等金属,而且在反演新生代以来古海洋环境记录等方面扮演着独特的角色。锰氧化物(MnO₂·xH₂O)和铁羟基氧化物(FeOOH)是构成富钴结壳的主要矿物,矿物颗粒十分微小(纳米级)。水羟锰矿和水钠锰矿具有层状结构且层电荷为负,通过吸附阳离子来补偿。前人通过连续浸出实验、元素相关性统计分析、吸附实验和拓展X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱广泛研究了微量元素在矿物中的赋存状态,确定了微量元素在锰氧化物矿物中主要存在三种类型络合物:共六边(edge-sharing)、共双角(double-corner sharing)和共三角(triple-corner sharing)。综合研究表明,在最低含氧带之下铁锰氧化物(氢氧化物)从海水沉淀到周围海山坚硬基岩上形成富钴结壳的机制主要是无机胶体化学反应和矿物表面反应。最后针对已有的相关研究现状以及富钴结壳研究面临的挑战,富钴结壳的成矿物质来源及演化、微量元素富集机制、蕴含的古海洋信息等问题仍需要进一...